表征起皺材料的方法
【專利摘要】揭示了表征起皺材料的表面的構(gòu)形的方法、用于表征起皺材料的表面構(gòu)形的裝置、用于表征起皺材料的表面構(gòu)形的計算機系統(tǒng)和類似物。
【專利說明】表征起皺材料的方法
[0001]相關申請案的優(yōu)先權(quán)主張
[0002]本申請案主張2012年I月6日申請的第61/583，829號題為“測量皺紋頻率的方法(METHODS OF MEASURING CREPE FREQUENCY) ”的共同待決美國臨時申請案的優(yōu)先權(quán)，所述申請案以全文引用的方式并入本文。本申請案主張2012年I月6日申請的第61/583，814號題為“用于測量皺紋頻率的裝置和系統(tǒng)(DEVICES AND SYSTEMS FOR MEASURING CREPEFREQUENCY)的共同待決美國臨時申請案的優(yōu)先權(quán)，所述申請案以全文引用的方式并入本文。

【技術(shù)領域】
[0003]本發(fā)明實施例涉及表征起皺材料的表面構(gòu)形。

【背景技術(shù)】
[0004]在薄紗生產(chǎn)中考慮的操作之一是在楊克(Yankee)圓筒處的起皺。將薄紗片附著到楊克圓筒且隨后通過刀片從表面脫離。因此在網(wǎng)上產(chǎn)生皺條。起皺過程和皺條可對例如軟度和生產(chǎn)率等薄紗質(zhì)量性質(zhì)具有顯著影響。
[0005]本文對已知方法的某些優(yōu)點和缺點的描述既定不限制本發(fā)明的范圍。實際上，本發(fā)明實施例可包含上文描述的特征中的一些或全部而不存在相同的缺點。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于上述內(nèi)容，一或多個實施例包含表征起皺材料的表面的構(gòu)形的方法、用于表征起皺材料的表面的構(gòu)形的裝置、用于表征起皺材料的表面的構(gòu)形的計算機系統(tǒng)和類似物。
[0007]至少一個實施例提供一種表征起皺材料的表面的構(gòu)形的方法，其包括:將光引導到起皺材料的第一表面上；獲得所述起皺材料的所述第一表面的相同部分的至少兩個圖像，每一圖像俘獲從不同方向照射的所述第一表面；從所述圖像至少兩個表面法向量靠近，所述至少兩個表面法向量分別對應于所述起皺材料的所述第一表面的至少兩個部分；將所述至少兩個表面法向量轉(zhuǎn)換為梯度圖像數(shù)據(jù)；以及分析所述梯度圖像數(shù)據(jù)以表征所述起皺材料的所述第一表面的所述構(gòu)形。
[0008]至少一個實施例提供一種方法，其包括:由計算裝置將光引導到起皺材料的第一表面上；獲得所述起皺材料的所述第一表面的相同部分的至少兩個圖像，每一圖像是從不同方向照射；由所述計算裝置從所述至少兩個圖像至少兩個表面法向量靠近，所述至少兩個表面法向量分別對應于所述起皺材料的所述第一表面的至少兩個部分；由所述計算裝置將所述表面法向量轉(zhuǎn)換為加工方向梯度圖像數(shù)據(jù)；以及由所述計算裝置分析所述梯度圖像數(shù)據(jù)以表征所述起皺材料的所述第一表面的構(gòu)形。
[0009]至少一個實施例提供一種方法，其包括:至少一個計算裝置；以及在所述至少一個計算裝置中可執(zhí)行的方法應用程序，所述方法應用程序包括:將光引導到起皺材料的第一表面上的邏輯；獲得所述起皺材料的相同部分的至少兩個圖像的邏輯，每一圖像是從不同方向照射；從所述至少兩個圖像至少兩個表面法向量靠近的邏輯，所述至少兩個表面法向量分別對應于所述起皺材料的所述第一表面的至少兩個部分；將所述表面法向量轉(zhuǎn)換為加工方向梯度圖像數(shù)據(jù)的邏輯；以及分析所述梯度圖像數(shù)據(jù)以表征所述起皺材料的所述第一表面的構(gòu)形的邏輯。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]參考附圖可更好地理解本發(fā)明的許多方面。圖中的組件不一定是按比例的，而是強調(diào)清楚地說明本發(fā)明的原理。而且，在圖中，在全部幾幅圖中相同參考標號指定對應部分。
[0011]圖1說明薄紗片在起皺之后的圖像。
[0012]圖2說明成像系統(tǒng)的示范性實施例的示意圖。
[0013]圖3A說明兩個維度中的正弦波的實例，而圖3B說明圖3A中的圖像的傅立葉譜。
[0014]圖4A說明從薄紗片的圖像計算的韋爾奇譜，而圖4B說明展示已移除標記點的韋爾奇譜。
[0015]圖5A說明經(jīng)變換到極坐標的功率譜，而圖5B說明基于圖5A的一維概率分布的曲線圖。
[0016]圖6A說明來自300mm處的CD位置的圖像，且圖6B說明來自2700mm處的CD的圖像。
[0017]圖7說明從洗浴薄紗測得的皺紋頻率分布的曲線圖。
[0018]圖8是包含計算機裝置的測量系統(tǒng)的示意圖。
[0019]圖9是測量材料中的構(gòu)形的實例的流程圖。

【具體實施方式】
[0020]在詳細描述本發(fā)明的實施例之前，應了解，除非另外指示，否則本發(fā)明不限于特定材料、反應劑、反應材料、制造工藝或類似物，因為這些可變化。還應了解，本文使用的術(shù)語是僅用于描述特定實施例的目的，且既定不是限制性的。在本發(fā)明中還可能的是，可在邏輯上可能的情況下以不同順序執(zhí)行步驟。
[0021]在提供值范圍的情況下，應了解，每一介入值、達下限的單位的十分之一(除非上下文另外清楚規(guī)定)、所述范圍的上限與下限之間、和所陳述范圍中的任何其它所陳述或介入值，均涵蓋于本發(fā)明內(nèi)。這些較小范圍的上限和下限可獨立地包含于較小范圍中且也涵蓋于本發(fā)明內(nèi)，經(jīng)受所陳述范圍中的任何具體排除的限制。在所陳述范圍包含所述限制中的一者或兩者的情況下，排除那些所包含限制中的任一者或兩者的范圍也包含于本發(fā)明中。
[0022]除非另外界定，否則本文使用的所有技術(shù)和科學術(shù)語均具有與本發(fā)明所屬領域的技術(shù)人員通常理解的意義相同的意義。雖然在本發(fā)明的實踐或測試中也可使用與本文描述相似或等效的任何方法和材料，但現(xiàn)在描述優(yōu)選的方法和材料。
[0023]在本說明書中引用的所有公開案和專利在此以引用方式并入，如同每一個別公開案或?qū)＠囟ㄇ覀€別地經(jīng)指示以引用方式并入，且以引用方式并入本文以揭示和描述公開案的引用所結(jié)合的方法和/或材料。任何公開案的引用是針對其在申請日之前的揭示內(nèi)容，且不應解釋為承認本發(fā)明無資格借助先前揭示內(nèi)容先于此公開案。此外，所提供公開案的日期可不同于可能需要獨立確認的實際
【公開日】。
[0024]如所屬領域的技術(shù)人員在閱讀本發(fā)明后將了解，本文描述和圖解說明的個別實施例中的每一者具有離散組件和特征，其可容易與其它若干實施例中的任一者的特征分離或組合而不脫離本發(fā)明的范圍或精神。任何陳述的方法均可以所陳述事件的次序?qū)嵭谢蛞赃壿嬌峡赡艿娜魏纹渌涡驅(qū)嵭小?br> [0025]除非另外指示，否則本發(fā)明的實施例將采用在所屬領域內(nèi)的化學、合成有機化學、紙化學和類似物的技術(shù)。在文獻中完全闡釋了這些技術(shù)。
[0026]陳述實例以便為所屬領域的技術(shù)人員提供對如何執(zhí)行方法且使用本文揭示和主張的組合物和化合物的完整揭示和描述。已做出努力確保相對于數(shù)字(例如，量、溫度等等)的準確性，但應考慮一些誤差和偏差。除非另外指示，否則部分是按重量的部分，溫度是以。C為單位，且壓力處于或接近于大氣壓。標準溫度和壓力界定為20°C和I個大氣壓。
[0027]必須注意，如說明書和所附權(quán)利要求書中使用，單數(shù)形式“一”、“一個”和“所述”包含復數(shù)個參考物，除非上下文另外清楚規(guī)定。因此，舉例來說，對“一個支撐件”的參考包含多個支撐件。在此說明書中和在所附權(quán)利要求書中，將參考若干術(shù)語和短語，其應界定為具有以下意義，除非相反意圖顯而易見。
[0028]定義
[0029]如本文使用，術(shù)語“材料”可指代紙或紙產(chǎn)品。
[0030]如本文使用，術(shù)語“紙”或“紙產(chǎn)品”(這兩個術(shù)語可互換使用)應理解為包含含有紙纖維的片材料，且也可含有其它材料。合適的紙纖維包含天然和合成纖維，例如纖維素纖維、在造紙中使用的所有品種的木纖維、例如棉花纖維等其它植物纖維、從再循環(huán)紙得到的纖維，以及合成纖維，例如人造纖維、尼龍、玻璃纖維或聚烯烴纖維。紙產(chǎn)品可僅由天然纖維、僅由合成纖維或由天然纖維和合成纖維的混合物構(gòu)成。舉例來說，在紙產(chǎn)品的準備中，紙幅或紙材料可用例如尼龍或玻璃纖維等合成纖維加強。如本文使用，術(shù)語“紙幅”和“幅”應理解為包含含有紙纖維的成形和被成形紙片材料、紙和紙材料。
[0031]紙可包含(但不限于)書寫紙和打印紙(例如，未涂覆機械紙、總涂覆紙、經(jīng)涂覆無纖維紙、經(jīng)涂覆機械紙、未經(jīng)涂覆無纖維紙和類似物)、工業(yè)紙、所有品種的薄紗紙、紙板、硬紙板、包裝紙(例如，未經(jīng)漂白牛皮紙、經(jīng)漂白牛皮紙)、包裹紙、紙粘合帶、紙袋、紙布、毛巾料、壁紙、地毯背襯、紙濾器、紙墊、裝飾性紙、可處置的亞麻和服裝和類似物。
[0032]紙可包含薄紗紙產(chǎn)品。薄紗紙產(chǎn)品包含衛(wèi)生薄紗紙、家用薄紗紙、工業(yè)薄紗紙、擦面薄紗紙、化妝薄紗紙、軟薄紗紙、吸附薄紗紙、治療薄紗紙、衛(wèi)生紙、紙巾、餐巾紙、紙布、紙亞麻和類似物。
[0033]薄紗紙可為帶式壓制薄紗紙、圖案密化薄紗紙或高膨無壓縮薄紗紙。薄紗紙可表征為:起皺或未起皺；具有同質(zhì)或多層構(gòu)造；分層或未分層(摻合)；和/或單層、雙層或者三層或三層以上。薄紗紙可包含軟紙和吸附紙薄紗產(chǎn)品，例如消費型薄紗產(chǎn)品。
[0034]紙可指代紙產(chǎn)品，例如干紙板、高級紙、毛巾紙、薄紗和新聞紙產(chǎn)品。干紙板應用包含襯料、波紋介質(zhì)、漂白和未經(jīng)漂白干紙板。
[0035]紙可包含紙板箱、盒紙板和特殊板/紙。紙可包含盒板、折疊盒板、未經(jīng)漂白牛皮紙板、再循環(huán)板、食品包裝板、白漿襯里粗紙板、實心漂白板、實心未經(jīng)漂白板、液體紙板、掛面紙板、波紋紙板、芯板、壁紙基、石膏板、書裝訂板、木漿板、裝袋板、經(jīng)涂覆板和類似物。
[0036]過論
[0037]本文描述的各種示范性實施例包含表征材料的構(gòu)形(例如，表面的三維輪廓)的方法、有用于表征材料的構(gòu)形的裝置、有用于表征材料的構(gòu)形的計算機系統(tǒng)和類似物。在一實施例中，材料的表面的構(gòu)形可沿著材料的長度或?qū)挾葹橐?guī)則或不規(guī)則的。
[0038]示范性材料是已起皺的材料(例如,起皺薄紗紙)。舉例來說，在一些市售洗浴薄紗紙中，薄紗制造工藝中的關鍵操作是起皺機制。大體來說，在典型的起皺工藝中，將連續(xù)的紙幅附著到大的受熱旋轉(zhuǎn)鼓(楊克圓筒)上。所述鼓通過加熱和從紙幅蒸發(fā)水而使紙幅干燥。用刀片從圓筒刮下經(jīng)干燥的紙幅。因此在紙幅中產(chǎn)生皺紋折疊，從而沿著紙幅的加工方向形成不規(guī)則周期性波形，其中皺紋折疊大體上在紙幅的橫向方向上延伸。起皺材料的幾何形狀不一定均勻，在材料的橫向方向和加工方向兩者上變化。本文描述的各種方法、裝置和系統(tǒng)可用以表征與起皺相關聯(lián)的表面構(gòu)形。
[0039]不范性起皺材料是具有第一表面和相對第二表面且大體上在第一方向和第二方向上延伸的片材料，所述第一方向大體上平行于將皺紋引入到材料中的工藝的加工方向(MD)，所述第二方向大體上垂直于將皺紋引入到材料中的工藝的MD。示范性起皺材料具有多個“皺紋折疊”或“皺條”，其具有大體上在材料的第二方向(大體上垂直于工藝的MD)上延伸的長度。起皺材料的表面可尤其由皺條長度(例如，沿著材料的第二方向的皺紋的長度)、皺條寬度(例如，沿著材料的第一方向的皺紋的寬度)、皺條高度(例如，在正交于材料的表面的z方向上的高度)和皺紋頻率(例如，沿著材料的第一方向測量的特定長度(例如，mm比例)上的皺條的數(shù)目)。
[0040]在示范性實施例中，起皺材料的表面的構(gòu)形可使用以成像系統(tǒng)俘獲的圖像來表征。在不范性實施例中，材料的第一表面可暴露于一或多個光源，所述光源從相對于材料的兩個或兩個以上不同方向指向材料的第一表面。可使用成像系統(tǒng)俘獲表面的兩個或兩個以上圖像，每一圖像是在表面由光源中的一者照射時俘獲。在每一圖像中，光產(chǎn)生幫助界定表面的構(gòu)形的亮區(qū)和陰影?？勺儞Q(例如，變換到二維譜(例如，韋爾奇(Welch)譜))、平滑和分析來自圖像的數(shù)據(jù)以提供可用以表征皺紋的數(shù)據(jù)集。舉例來說，可從數(shù)據(jù)估計材料的皺紋頻率。
[0041]參見圖2，在示范性實施例中，成像系統(tǒng)200可包含相機系統(tǒng)210和照明系統(tǒng)220。成像系統(tǒng)200可經(jīng)配置以俘獲起皺材料230的一或多個圖像，所述起皺材料大體上在第一方向234和第二方向236上延伸且?guī)в芯哂腥S起皺表面配置的第一表面232。相機系統(tǒng)210可包含相機212，所述相機可相對于起皺材料230的表面232以相對固定配置安裝。相機212可指向起皺材料230的第一表面232，使得其可在照明系統(tǒng)220照射起皺材料230時獲得起皺材料230的一或多個圖像。在一實施例中，相機212可為數(shù)碼相機。在一實施例中，相機212可安置為距材料大約1cm到大約50cm。在一實施例中，相機212的視窗和角度是恒定的，在連續(xù)圖像之間不變。在一實施例中，相機俘獲的圖像可具有矩形形狀。在一實施例中，圖像可包括多個像素，例如像素陣列。
[0042]在示范性實施例中，照明系統(tǒng)220可包含一或多個光源222。每一光源222經(jīng)定向以從不同方向照射起皺材料230的第一表面232。舉例來說，每一光源222的定向可至少部分地由相對于起皺材料的第一方向234和第二方向236的第一角定向以及相對于起皺材料230的表面232的第二(傾斜或歪斜)角定向242來界定。在示范性實施例中，光源222中的每一者的第一角定向和第二角定向242可為任何角度以提供起皺材料230上的必要或所要的照射效果。舉例來說，在示范性實施例中，光源222的第一角定向可為從起皺材料230的第一方向234為O度到大約180度。在示范性實施例中，光源222的第一角定向可為從起皺材料230的第二方向236為大約O度到大約180度。在示范性實施例中，光源222的第二角定向242可相對于起皺材料230的第一表面232為大約15度到大約85度。在一實施例中，照明系統(tǒng)220可包含兩個、三個、四個或更多個光源222，其各自具有不同定向。在一實施例中，可使用單個光源222且可將其移動到各種位置以從不同定向照射起皺材料230的第一表面232。在一實施例中，提供至少兩個燈222，每一燈222指向起皺材料230的第一表面232，每一燈222安置于起皺材料230的相反側(cè)上且以一角度(例如，相對于起皺材料230的表面232大約15度到85度或更高的斜角)指向起皺材料230。在一實施例中，第一燈222可與起皺材料230的第一方向234成近似45度定位，且第二燈可大體上正交于第一燈而定位。在一實施例中，照明系統(tǒng)220可包含照明系統(tǒng)220，其可在特定時間調(diào)整(例如，接通和斷開，以及調(diào)整強度)光源222。在一實施例中，一或多個光源222可與起皺材料230的第一表面232相聚大約1cm到50cm。在一實施例中，一或多個光源222可為任何合適的照明源，包含例如發(fā)光二極管(LED)，例如白色LED。在示范性實施例中，照明系統(tǒng)220包括四個LED，位于薄紗樣本的四個角處。
[0043]在示范性實施例中，計算裝置(例如，圖8)可與成像系統(tǒng)200通信。舉例來說，計算裝置10可控制照明系統(tǒng)220的各種方面和/或相機系統(tǒng)210的各種方面。舉例來說，計算裝置10可控制何時照射光源222和/或何時相機系統(tǒng)210俘獲數(shù)字圖像的定時。在一些實施例中，計算裝置10可經(jīng)配置以從照明系統(tǒng)220接收信息。在一些實施例中，計算裝置10可經(jīng)配置以從相機系統(tǒng)210接收信息。
[0044]在一實施例中，用于表征起皺材料的表面的構(gòu)形的方法包含從兩個或兩個以上方向?qū)⒐庖龑У讲牧系牡谝槐砻嫔稀Ｔ趤碜蕴囟ǚ较虻墓庹丈淦鸢櫜牧蠒r，成像系統(tǒng)俘獲材料的第一表面的圖像。在示范性實施例中，成像系統(tǒng)經(jīng)配置以使得其俘獲起皺材料的表面的相同部分的連續(xù)圖像(且從同一方向)，同時從不同照明視角照射所述表面。取決于光源的定向，不同照明視角中的每一者產(chǎn)生材料的起皺表面的不同區(qū)域上的亮區(qū)和陰影。材料的第一表面的同一部分的兩個或兩個以上圖像(各自從不同方向照射)的測得光強度可提供關于材料的表面的信息。使用在圖像中俘獲的信息，每一像素或像素群組可被指派一或多個數(shù)據(jù)值，包含例如灰度級值、表面法向量和/或梯度值。此數(shù)據(jù)可提供足夠信息來確定例如起皺材料的對應于圖像的每一部分(例如，像素)的表面定向。舉例來說，在兩個或兩個以上覆蓋像素中俘獲的反射光可用以針對起皺材料的對應于所述像素的任一部分靠近表面法向量。術(shù)語“表面法向量”指代在特定表面位置垂直于起皺材料的第一表面的切線平面的向量。使用表面法向量，可表征起皺材料的表面中的構(gòu)形。舉例來說，對應于材料的圖像或連續(xù)圖像的系列可轉(zhuǎn)換為一或多個像素陣列。每一像素可被指派表面法向量。表面法向量陣列可幫助表征表面的輪廓，例如可識別和表征表面隆起或起皺的位置。
[0045]在示范性實施例中，表面法向量可轉(zhuǎn)換或相關于梯度圖像數(shù)據(jù)。舉例來說，在一實施例中，當在給定方向上比較時，每一像素的梯度圖像數(shù)據(jù)測量原始圖像中所述位置的表面法向量的值的改變。在一實施例中，表面法向量包含X分量(MD)、y分量(CD)和Z分量。MD梯度圖像可通過針對每一像素將X(MD)分量除以z分量來計算。
[0046]可分析梯度圖像數(shù)據(jù)以表征起皺材料的構(gòu)形。在一實施例中，可從梯度圖像數(shù)據(jù)計算二維傅立葉變換。在一實施例中，二維傅立葉變換可將空間梯度圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到頻率空間中。f (X)的傅立葉變換表不為F(k)且其描述_■維正弦波的每一頻率和定向的振幅和相位，使得在求和時其產(chǎn)生f (X)。換句話說，變換將一系列正弦波指派于梯度圖像數(shù)據(jù)，使得正弦波的振幅的總和對應于原始梯度圖像中的個別像素的灰度級值。
[0047]二維傅立葉譜可展示來自圖像的每一頻率的方差和定向。起皺近似為波長局部變化的波形。因此，可選擇針對從圖像發(fā)現(xiàn)的周期性波的波長為可靠的功率譜以進一步分析傅立葉譜。
[0048]在示范性實施例中，可從二維傅立葉變換計算二維功率譜。在一實施例中，可通過計算正弦波函數(shù)的平方振幅的總和來計算二維功率譜，其中振幅的值表示“功率”。
[0049]具體來說，對于給定材料，起皺結(jié)構(gòu)不一定具有均勻結(jié)構(gòu)(例如，定向、波長等等)。另外，皺紋折疊的長度可相對小且變化。這些現(xiàn)象可降低從功率譜的波長估計的準確性，其中高方差標記點在kMD和kCD方向上加寬。規(guī)則標記點可在功率譜中產(chǎn)生較高強度點。術(shù)語“標記點”指代原始與經(jīng)平滑像素值之間的差最大的區(qū)域。
[0050]起皺不一定在材料中形成完全正弦波，因此通過起皺未形成規(guī)則標記點圖案。因此,可從功率譜移除標記點以找到材料的“真實”皺紋頻率。
[0051]在一實施例中，可平滑二維功率譜以產(chǎn)生經(jīng)平滑二維功率譜。平滑可用以移除在薄紗紙機器中使用的設備引起的不希望的譜峰(例如，例如標記點等噪聲)。
[0052]在示范性實施例中，通過獲得二維經(jīng)濾波功率譜(例如，二維中值濾波功率譜)可實現(xiàn)平滑。二維濾波包含用在二維平面上鄰近的點的值中的值(例如，中值)代替每一點。在一實施例中，濾波器可為非線性平滑方法，其中當前點在圖像中由其鄰域中的值的中值代替。隨后針對譜中的每一點確定初始功率譜與經(jīng)濾波功率譜的比率。因此，在譜中噪聲的強度高于其它變化?？墒褂梅逯挡粫^的閾值水平來識別標記點。在一實施例中，閾值水平可基于所使用的材料、皺紋的尺寸和類似物。通過在噪聲的峰的最大值周圍擬合二階二維多項式(例如，或其它適當擬合機制)可估計對應于噪聲的譜峰的確切位置。標記點周圍的值可用從其鄰域中的功率譜的值確定(例如，通過平均值、中值或眾數(shù)確定)的值代替。在一實施例中，術(shù)語“鄰域”指代鄰近于給定點的一或多個點。因此，可平滑功率譜以移除例如來自標記點的噪聲。
[0053]在示范性實施例中，可用韋爾奇方法(但也可使用其它方法)計算和平滑功率譜，所述方法通過將譜計算為若干可能重疊的樣本上的平均值來減少測量噪聲的影響。在一實施例中，在韋爾奇譜的計算之前每一傅立葉變換可用韋爾奇窗加窗，其中加窗減少由有限樣本傅立葉變換引起的譜旁瓣。
[0054]在一實施例中，一旦功率譜經(jīng)平滑，便可通過將經(jīng)平滑二維功率譜變換到極坐標系以形成極坐標系經(jīng)平滑功率譜來估計一維概率分布。在極坐標系中，元素(x，y)表示為從原點的角度Φ和距離k的配對。可使用以下公式執(zhí)行變換:k= (x~2+y~2ri/2且Φ =arctan (y/x)。
[0055]在一實施例中，對于功率譜向極坐標系的變換，方差量可保持恒定。然而，極坐標與笛卡爾坐標系相比不均勻地間隔，且來自笛卡爾坐標系的功率譜的強度值無法直接使用。因此，從原始功率譜內(nèi)插極坐標系中的強度值。最終，通過將來自功率譜的在大約-45與+45度的角度之間的方差一起求和來計算一維皺紋頻率分布。
[0056]在一實施例中，可通過確定一維概率分布的度量(例如，平均值、眾數(shù)或中值)來估計材料的皺紋頻率。在一實施例中，從皺紋頻率分布計算的中值是針對材料的皺紋頻率的估計。在一實施例中，可在每英寸O到254個皺條的范圍內(nèi)從一維概率分布估計材料的皺紋頻率。
[0057]因此，本發(fā)明的示范性實施例可使用對起皺材料的表面的構(gòu)形獲取的圖像來確定起皺材料的特性(例如，皺紋頻率)。
[0058]參見圖8，在一實施例中，成像系統(tǒng)200可與計算機裝置10通信。特定來說，相機系統(tǒng)210和照明系統(tǒng)220可與計算機裝置10通信。
[0059]在示范性實施例中，分析材料中的構(gòu)形的方法的一或多個方面可使用如本文描述的軟件和/或硬件實施。
[0060]參見圖8，展示根據(jù)本發(fā)明的各種實施例的計算裝置10的示意性框圖。計算裝置10包含至少一個處理器電路，例如具有處理器13和存儲器16，這兩者耦合到局部接口 19。為此，計算裝置10可包括例如至少一個服務器計算機或類似裝置。局部接口 19可包括例如具有伴隨的地址/控制總線或可了解的其它總線結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)總線。
[0061]存儲在存儲器16中的是由處理器13可執(zhí)行的數(shù)據(jù)和若干組件。特定來說，存儲在存儲器16中且處理器13可執(zhí)行的是方法應用程序15和/或其它應用程序。還存儲在存儲器16中的是數(shù)據(jù)存儲裝置12和其它數(shù)據(jù)。另外，操作系統(tǒng)可存儲在存儲器16中且由處理器13可執(zhí)行。
[0062]應了解，可存在可了解的存儲于存儲器16中且處理器13可執(zhí)行的其它應用程序。在本文論述的任何組件是以軟件的形式實施的情況下，可采用若干編程語言中的任一者，例如 C、C++、C#、Objective C、Java'8'、JavaScript'8'、Perl、PHP、Visual Basic8'、Python?>
Ruby、DelphiR、Flash"、MATLAB,或其它編程語言。
[0063]若干軟件組件可存儲在存儲器16中且由處理器13可執(zhí)行。在此方面中，術(shù)語“可執(zhí)行”意味著呈可最終由處理器13運行的形式的程序文件?？蓤?zhí)行程序的實例可為例如:經(jīng)編譯程序，其可以可加載到存儲器16的隨機存取部分中且由處理器13運行的格式翻譯為機器碼；源代碼，其可以能夠加載到存儲器16的隨機存取部分中且由處理器13執(zhí)行的例如目標代碼等適當格式表達；或源代碼，其可由另一可執(zhí)行程序解譯以產(chǎn)生存儲器16的隨機存取部分中將由處理器13執(zhí)行的指令，等等?？蓤?zhí)行程序可存儲在存儲器16的任一部分或組件中，包含例如隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、硬驅(qū)動器、固態(tài)驅(qū)動器、USB快閃驅(qū)動器、存儲器卡、例如壓縮光盤(CD)或數(shù)字多功能光盤(DVD)等光盤、軟磁盤、磁帶或其它存儲器組件。
[0064]存儲器16在本文界定為包含易失性和非易失性存儲器以及數(shù)據(jù)存儲組件。易失性組件是在失去電力后不保持數(shù)據(jù)值的組件。非易失性組件是在失去電力后保持數(shù)據(jù)的組件。因此，存儲器16可包括例如隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、硬盤驅(qū)動器、固態(tài)驅(qū)動器、USB快閃驅(qū)動器、經(jīng)由存儲器卡讀取器存取的存儲器卡、經(jīng)由相關聯(lián)軟磁盤驅(qū)動器存取的軟磁盤、經(jīng)由光盤驅(qū)動器存取的光盤、經(jīng)由適當帶驅(qū)動器存取的磁帶，和/或其它存儲器組件，或這些存儲器組件中的任何兩個或兩個以上的組合。另外，RAM可包括例如靜態(tài)隨機存取存儲器(SRAM)、動態(tài)隨機存取存儲器(DRAM)或磁性隨機存取存儲器(MRAM)和其它此類裝置。ROM可包括例如可編程只讀存儲器(PROM)、可擦除可編程只讀存儲器(EPROM)、電可擦除可編程只讀存儲器(EEPROM)或其它類似存儲器裝置。
[0065]而且，處理器13可表示多個處理器13，且存儲器16可表示多個存儲器16，其分別操作并行處理電路。在此情況下，局部接口 19可為促進多個處理器13中的任兩者之間、任一處理器13與存儲器16中的任一者之間或存儲器16中的任兩者之間等等的通信的適當網(wǎng)絡。局部接口 19可包括經(jīng)設計以協(xié)調(diào)此通信的額外系統(tǒng)，包含例如執(zhí)行負載平衡。處理器13可為電的或某種其它可用構(gòu)造。
[0066]雖然本文描述的方法應用程序15和其它各種系統(tǒng)可以如上論述由通用硬件執(zhí)行的軟件或代碼體現(xiàn)，但作為替代例，其也可以專用硬件或軟件/通用硬件和專用硬件的組合體現(xiàn)。如果以專用硬件體現(xiàn)，那么各自可實施為采用若干技術(shù)中的任一者或組合的電路或狀態(tài)機。這些技術(shù)可包含但不限于具有用于在施加一或多個數(shù)據(jù)信號后即刻實施各種邏輯功能的邏輯門的離散邏輯電路，具有適當邏輯門的專用集成電路，或其它組件等等。此些技術(shù)是所屬領域的技術(shù)人員通常眾所周知的，且因此此處不詳細描述。
[0067]參見圖9，在示范性實施例中，方法應用程序15可用于表征起皺材料的表面的構(gòu)形。大體上，方法應用程序15對應于如本文所述的表征起皺材料的表面的構(gòu)形的示范性方法中的任一者。在示范性實施例中，方法應用程序15的步驟32包含將光指向起皺材料的表面。方法應用程序15可產(chǎn)生傳送到成像系統(tǒng)200的關于照明步驟的各種方面的指令。舉例來說，方法應用程序15可為裝置中的照明源中的每一者提供關于照明的強度或定時的指令。方法應用程序15也可包含獲得起皺材料的表面的兩個或兩個以上連續(xù)圖像的步驟34。方法應用程序15可產(chǎn)生傳送到成像系統(tǒng)200的關于成像步驟的各種方面的指令。舉例來說，方法應用程序15可將關于俘獲圖像的定時的指令(例如，與照明指令協(xié)調(diào))提供到成像系統(tǒng)200。方法應用程序15還將接收由成像系統(tǒng)200俘獲的兩個或兩個以上圖像。方法應用程序15進一步包含從所接收圖像俘獲和/或近似數(shù)據(jù)的步驟36。舉例來說，每一圖像可包含像素陣列，每一像素提供關于圖像的信息，例如反射光的測量。方法應用程序15可俘獲所接收信息和/或基于所接收信息計算額外數(shù)據(jù)。舉例來說，方法應用程序15可基于來自兩個連續(xù)圖像的反射光數(shù)據(jù)近似像素的表面法向量。方法應用程序15可為每一像素指派一或多個數(shù)據(jù)點。方法應用程序15進一步包含轉(zhuǎn)換來自步驟36的數(shù)據(jù)的步驟38。舉例來說，來自步驟36的數(shù)據(jù)可轉(zhuǎn)換為梯度圖像數(shù)據(jù)。方法應用程序15進一步包含分析步驟38中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)以表征起皺材料的表面的步驟42。舉例來說，可分析圖像的梯度圖像數(shù)據(jù)以確定材料的皺紋頻率。本文更詳細描述這些特征中的每一者，具體是關于分析起皺材料的構(gòu)形的論述。
[0068]雖然圖9的流程圖展示特定執(zhí)行次序，但應了解，可能將任何數(shù)目的計數(shù)器、狀態(tài)變量或消息添加到本文描述的邏輯流程，以用于增強的實用性、核算、性能測量或提供問題解決輔助等等。應了解，所有此些變化均在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0069]而且，包括軟件或代碼的本文描述的任何邏輯或應用程序(包含方法應用程序15和/或應用程序)可以任何非暫時性計算機可讀媒體體現(xiàn)，以供指令執(zhí)行系統(tǒng)使用或結(jié)合指令執(zhí)行系統(tǒng)使用，所述系統(tǒng)例如計算機系統(tǒng)或其它系統(tǒng)中的處理器13。在此意義上，邏輯可包括例如包含指令和宣告的語句，其可從計算機可讀媒體獲取且由指令執(zhí)行系統(tǒng)執(zhí)行。在本發(fā)明的上下文中，“計算機可讀媒體”可為可含有、存儲或維持用于由指令執(zhí)行系統(tǒng)使用或結(jié)合指令執(zhí)行系統(tǒng)使用的本文所述的邏輯或應用程序的任何媒體。計算機可讀媒體可包括許多物理媒體中的任一者，例如磁性、光學或半導體媒體。合適計算機可讀媒體的較特定實例將包含但不限于磁帶、軟磁盤、磁性硬驅(qū)動器、存儲器卡、固態(tài)驅(qū)動器、USB快閃驅(qū)動器或光盤。而且，計算機可讀媒體可為隨機存取存儲器(RAM)，其包含例如靜態(tài)隨機存取存儲器(SRAM)和動態(tài)隨機存取存儲器(DRAM)或磁性隨機存取存儲器(MRAM)。另外，計算機可讀媒體可為只讀存儲器(ROM)、可編程只讀存儲器(PROM)、可擦除可編程只讀存儲器(EPROM)、電可擦除可編程只讀存儲器(EEPROM)或其它類型的存儲器裝置。
[0070]SM
[0071]描述實施例后,大體上,實例描述一些額外實施例。雖然結(jié)合實例和對應文字和附圖描述實施例，但并不有意將本發(fā)明的實施例限于這些描述。相反，意圖是涵蓋示范性實施例的精神和范圍內(nèi)包含的所有替代例、修改和等效物。
[0072]實例1:
[0073]在此實例中，從在具有4500mm寬度(⑶)的薄紗機上制造的洗浴級薄紗幅取得三個樣本條帶。從同一幅切割樣本且MD中的樣本間隔近似為10米。每一樣本的平均基重量是15g/m2。在幅上切割每一樣本，其中每一樣本包含一個橫切條帶。以成像裝置離線測量每一樣本。在CD中均勻地對準離線分布以最大化相關。
[0074]圖像測量:
[0075]以俘獲光反射圖像的成像系統(tǒng)對每一橫切條帶進行成像。成像裝置包含固定數(shù)碼相機和成55度斜角的四個光源(發(fā)光二極管(LED))。在樣本的CD寬度上收集每一洗浴薄紗樣本的圖像，每一圖像俘獲CD中的樣本的300_寬部分。對幅的每一部分成像四次,每次由四個光源中的一者照射。圖像的分辨率在⑶和MD兩者中是0.0lmm/像素，且圖像傳感器的大小是5202x3464像素(MD x⑶)。因此，單個圖像的大小是52mm x35mm。以成像裝置從薄紗片樣本中的一者俘獲的圖像的實例在圖1中展示。
[0076]從圖像估計皺紋頻率:
[0077]從每一薄紗樣本材料的數(shù)字圖像產(chǎn)生二維功率譜。從樣本的數(shù)字圖像的二維功率譜計算皺紋頻率。以韋爾奇方法計算譜[海耶斯^M(HayesM), “統(tǒng)計數(shù)字信號處理和建模(Statistical Digital Signal Processing and Modeling) ”,約翰威立國際出版公司(John Wiley&Sons)，美國，1996，以全文引用方式并入本文]。在韋爾奇譜的計算之前傅立葉變換用韋爾奇窗加窗，其中加窗減少由有限樣本傅立葉變換引起的譜旁瓣。
[0078]圖3B說明從具有Imm的波長的正弦波(圖3A)計算的二維傅立葉譜。傅立葉譜中的亮點描述圖像中的最常見(最高方差)波長的頻率。傅立葉譜相對于原點對稱，因此，將正弦波的波長描述為兩個亮點。
[0079]圖4A說明從薄紗片的圖像計算的韋爾奇譜，而圖4B說明已移除標記點的韋爾奇譜。確定來自韋爾奇譜的點的位置以使得可移除標記點，如圖4B所示。
[0080]通過將功率譜變換到極坐標系獲得薄紗樣本的皺紋頻率。圖5A說明變換到極坐標的功率譜。僅展示-90與+90之間的角度。通過將來自一間隔(例如，大約-45到45度)的方差求和來計算一維皺紋頻率分布(圖5B)。虛線垂直線展示從一維皺紋頻率分布計算的中值。
[0081]圖7中展示來自每一洗浴薄紗樣本的所得皺紋頻率分布，展示從幅的一側(cè)到另一側(cè)的頻率變化。在這些樣本中，皺紋折疊頻率(每mm皺紋折疊的數(shù)目)在2.9與3.3之間變化。圖6A中展示對應于300mm的CD位置的洗浴薄紗樣本2的示范性圖像，且圖6B中從2700mm的⑶位置展示。
[0082]應注意，比率、濃度、量和其它數(shù)字數(shù)據(jù)在此可以范圍格式表達。應了解，此范圍格式用于方便和簡明，且因此應以靈活方式解譯以不僅包含明確陳述為范圍限制的數(shù)字值，而且包含所述范圍內(nèi)涵蓋的所有個別數(shù)字值或子范圍，如同每一數(shù)字值和子范圍明確陳述那樣。為了說明，“大約0.1%到大約5%”的濃度范圍應解釋為不僅包含大約0.1重量％到大約5重量％的明確陳述濃度，而且包含所指示范圍內(nèi)的個別濃度(例如，和4% )和子范圍(例如，0.5%、1.1%、2.2%、3.3%和4.4%)。在一實施例中，術(shù)語“大約”可包含根據(jù)數(shù)字值的有效數(shù)字的傳統(tǒng)舍入。另外，短語“大約‘X’到‘y’”包含“大約‘X’到大約?”。
[0083]應強調(diào)，上述實施例僅是實施方案的可能實例，且僅陳述以用于清楚理解本發(fā)明的原理。在大體上不脫離本發(fā)明的精神和原理的情況下可對上述本發(fā)明的實施例做出許多變化和修改。所有此些修改和變化既定在此包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)且由所附權(quán)利要求書保護。
【權(quán)利要求】
1.一種表征起皺材料的表面的構(gòu)形的方法，其包括: 將光引導到起皺材料的第一表面上； 獲得所述起皺材料的所述第一表面的相同部分的至少兩個圖像，每一圖像俘獲從不同方向照射的所述第一表面； 從所述圖像至少兩個表面法向量靠近，所述至少兩個表面法向量分別對應于所述起皺材料的所述第一表面的至少兩個部分； 將所述至少兩個表面法向量轉(zhuǎn)換為梯度圖像數(shù)據(jù)；以及 分析所述梯度圖像數(shù)據(jù)以表征所述起皺材料的所述第一表面的所述構(gòu)形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中分析包括: 從所述梯度圖像數(shù)據(jù)計算二維傅立葉變換；以及 從所述二維傅立葉變換計算二維功率譜。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中計算二維功率譜包括:平滑所述二維功率譜。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中平滑所述二維功率譜包含: 獲得二維經(jīng)濾波功率譜； 針對所述譜中的每一點確定初始功率譜與所述經(jīng)濾波功率譜的比率； 將所述譜中的每一點與閾值進行比較，其中高于所述閾值的點是標記點； 通過圍繞最大峰值擬合二階二維多項式來估計譜峰的位置，其中所述譜峰中的至少一者對應于所述標記點；以及 用所述標記點的鄰域中功率譜的值代替所述標記點周圍的值。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中平滑所述二維功率譜包含: 獲得二維中值濾波功率譜； 針對所述譜中的每一點確定初始功率譜與所述中值濾波功率譜的比率； 將所述譜中的每一點與閾值進行比較，其中高于所述閾值的點是標記點； 通過圍繞最大峰值擬合二階二維多項式來估計譜峰的位置，其中所述譜峰中的至少一者對應于所述標記點；以及 用所述標記點的鄰域中功率譜的值代替所述標記點周圍的值。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中分析包括 將所述經(jīng)平滑二維功率譜變換到極坐標系，從而產(chǎn)生極坐標系經(jīng)平滑功率譜；以及 從所述極坐標系經(jīng)平滑功率譜估計一維概率分布。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中變換包括通過在極坐標系中將來自所述經(jīng)平滑功率譜的在大約-45與+45度的角度之間的值一起求和來估計所述一維概率分布。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中分析包括通過確定所述一維概率分布的度量來確定所述材料的皺紋頻率。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述度量是所述一維概率分布的平均值、眾數(shù)或中值。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中分析包括通過計算所述中值來確定所述材料的所述皺紋頻率。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中分析包括通過在每英寸O到254個皺條的范圍內(nèi)計算所述一維概率分布來確定所述材料的所述皺紋頻率。
12.—種方法，其包括: 由計算裝置將光引導到起皺材料的第一表面上； 獲得所述起皺材料的所述第一表面的相同部分的至少兩個圖像，每一圖像是從不同方向照射； 由所述計算裝置從所述至少兩個圖像至少兩個表面法向量靠近，所述至少兩個表面法向量分別對應于所述起皺材料的所述第一表面的至少兩個部分； 由所述計算裝置將所述表面法向量轉(zhuǎn)換為加工方向梯度圖像數(shù)據(jù)；以及 由所述計算裝置分析所述梯度圖像數(shù)據(jù)以表征所述起皺材料的所述第一表面的構(gòu)形。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中分析包括: 由所述計算裝置從所述梯度圖像數(shù)據(jù)計算二維傅立葉變換；以及 由所述計算裝置從所述二維傅立葉變換計算二維功率譜。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中計算二維功率譜包括:平滑所述二維功率譜。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中平滑所述二維功率譜包含: 獲得二維經(jīng)濾波功率譜； 針對所述譜中的每一點確定初始功率譜與所述經(jīng)濾波功率譜的比率； 將所述譜中的每一點與閾值進行比較，其中高于所述閾值的點是標記點； 通過圍繞最大峰值擬合二階二維多項式來估計譜峰的位置，其中所述譜峰中的至少一者對應于所述標記點；以及 用所述標記點的鄰域中功率譜的值代替所述標記點周圍的值。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中平滑所述二維功率譜包含: 獲得二維中值濾波功率譜； 針對所述譜中的每一點確定初始功率譜與所述中值濾波功率譜的比率； 將所述譜中的每一點與閾值進行比較，其中高于所述閾值的點是標記點； 通過圍繞最大峰值擬合二階二維多項式來估計譜峰的位置，其中所述譜峰中的至少一者對應于所述標記點；以及 用所述標記點的鄰域中功率譜的值代替所述標記點周圍的值。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中分析包括 將所述經(jīng)平滑二維功率譜變換到極坐標系，從而產(chǎn)生極坐標系經(jīng)平滑功率譜；以及 從所述極坐標系經(jīng)平滑功率譜估計一維概率分布。
18.—種系統(tǒng),其包括: 至少一個計算裝置；以及 在所述至少一個計算裝置中可執(zhí)行的方法應用程序，所述方法應用程序包括: 將光引導到起皺材料的第一表面上的邏輯； 獲得所述起皺材料的相同部分的至少兩個圖像的邏輯，每一圖像是從不同方向照射；從所述至少兩個圖像至少兩個表面法向量靠近的邏輯，所述至少兩個表面法向量分別對應于所述起皺材料的所述第一表面的至少兩個部分； 將所述表面法向量轉(zhuǎn)換為加工方向梯度圖像數(shù)據(jù)的邏輯；以及 分析所述梯度圖像數(shù)據(jù)以表征所述起皺材料的所述第一表面的構(gòu)形的邏輯。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述分析的邏輯包括: 從所述梯度圖像數(shù)據(jù)計算二維傅立葉變換的邏輯；以及 從所述二維傅立葉變換計算二維功率譜的邏輯。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中計算二維功率譜的邏輯包括:平滑所述二維功率譜的邏輯。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中平滑所述二維功率譜的邏輯包含: 獲得二維經(jīng)濾波功率譜的邏輯； 針對所述譜中的每一點確定初始功率譜與所述經(jīng)濾波功率譜的比率的邏輯； 將所述譜中的每一點與閾值進行比較的邏輯，其中高于所述閾值的點是標記點； 通過圍繞最大峰值擬合二階二維多項式來估計譜峰的位置的邏輯，其中所述譜峰中的至少一者對應于所述標記點；以及 用所述標記點的鄰域中功率譜的值代替所述標記點周圍的值的邏輯。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中平滑所述二維功率譜的邏輯包含: 獲得二維中值濾波功率譜的邏輯； 針對所述譜中的每一點確定初始功率譜與所述中值濾波功率譜的比率的邏輯； 將所述譜中的每一點與閾值進行比較的邏輯，其中高于所述閾值的點是標記點； 通過圍繞最大峰值擬合二階二維多項式來估計譜峰的位置的邏輯，其中所述譜峰中的至少一者對應于所述標記點；以及 用所述標記點的鄰域中功率譜的值代替所述標記點周圍的值的邏輯。
23.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中分析的邏輯包括: 將所述經(jīng)平滑二維功率譜變換到極坐標系從而產(chǎn)生極坐標系經(jīng)平滑功率譜的邏輯；以及 從所述極坐標系經(jīng)平滑功率譜估計一維概率分布的邏輯。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中變換的邏輯包括通過在極坐標系中將來自所述經(jīng)平滑功率譜的在大約-45與+45度的角度之間的值一起求和來估計所述一維概率分布的邏輯。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中分析的邏輯包括通過確定所述一維概率分布的度量來確定所述材料的皺紋頻率的邏輯。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中所述度量是所述一維概率分布的平均值、眾數(shù)或中值。
27.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中分析的邏輯包括通過計算所述中值來確定所述材料的所述皺紋頻率的邏輯。
28.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中分析的邏輯包括通過在每英寸O到254個皺條的范圍內(nèi)計算所述一維概率分布來確定所述材料的所述皺紋頻率的邏輯。
【文檔編號】G06T1/00GK104205159SQ201380004899
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2013年1月4日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月6日
【發(fā)明者】朱卡帕卡·郝尼歐, 米可歐·馬可恁, 亨利·斯古 申請人:凱米拉公司